Si le preguntaran cuál es la base de la Internet empresarial de las cosas (EIoT), ¿qué diría? Para aquellos que están involucrados en el desarrollo de IoT, la respuesta sería sistemas integrados. Seguramente, estos son sistemas integrados que hacen posible “exprimir” el valor de los datos corporativos desordenados. Esto da como resultado que varias empresas prefieran personalizar su entorno en lugar de comprar productos listos para usar. Es por eso que la participación del hardware de IoT prevalece significativamente sobre otros tipos de productos en el mercado de IoT.
Naturalmente, abre nuevas oportunidades para el diseño de PCB, así como nuevos desafíos. El diseño de PCB determina en gran medida si este ecosistema cumple con los requisitos comerciales para el ecosistema IoT, pero también afecta todo el ciclo de vida de la solución futura, determina su adaptabilidad a entornos comerciales cambiantes y se mantiene al día con las tendencias en evolución. ¿Cómo construye un puente confiable entre los objetivos comerciales y una placa al diseñar soluciones de IoT empresariales? Siga leyendo para averiguarlo.
Cinco pilares del diseño de PCB EIoT
Se espera que cualquier solución de IoT que se implemente en la empresa obtenga una ventaja competitiva de los datos y tenga un costo de propiedad adecuado. Se utiliza ampliamente para optimizar los procesos comerciales a través de decisiones basadas en datos, extender el ciclo de vida del equipo a través de capacidades de mantenimiento predictivo y ejecutar automatización avanzada a través del procesamiento de datos en tiempo real.
Así, cualquier diseño de PCB para un proyecto EIoT se basa en cinco pilares:
- Adquisición de datos de objetos/el entorno
- Transferencia de datos a formato digital y su procesamiento
- Reacciones inteligentes basadas en datos
- Análisis profundo de datos
- Conectividad integral
Paralelamente, un diseñador de PCB debe resolver una serie de problemas relacionados principalmente con el costo de la solución final, considerando varios escenarios de operación, así como el entorno de trabajo.
Desafíos y soluciones de diseño de PCB EIoT
Los ecosistemas de IoT tienden a volverse más inteligentes, pero no es el único desafío que debe resolver el diseño de PCB. También debe abordar el entorno empresarial en constante cambio y las solicitudes de la industria, lo que significa establecer prioridades correctamente. Dado esto, recomendamos abordar la implementación del diseño de PCB desde la perspectiva de los siguientes beneficios de alto nivel.
Flexibilidad
La flexibilidad es uno de los principales vectores de evolución de la fabricación en la actualidad. La oportunidad de adaptar la solución a las condiciones cambiantes determina en gran medida su valor en el mercado. Esto obliga a que la solución EIoT sea multifuncional y ofrezca múltiples opciones de conectividad. Se ha vuelto valioso para los sistemas integrados incluir varias interfaces, como sensores de temperatura, vibración y luz, E/S de audio y video y una variedad de interfaces de memoria. Para simplificar la configuración y las actualizaciones, es recomendable implementar tanto USB como OTA. Esta gran flexibilidad permite a los desarrolladores de aplicaciones mostrar las interfaces requeridas, reorganizar sin problemas el proceso operativo y experimentar con el sistema cuando ya se está ejecutando.
Lo mismo se aplica a la conectividad. Múltiples protocolos inalámbricos ofrecen una variedad de opciones de conexión y configuración. Sin embargo, deberían ser complementarios. Por ejemplo, Zigbee permite una automatización perfecta en el entorno de fabricación, mientras Wi-Fi promueve un mayor control. Lo esencial aquí es equilibrar los protocolos de velocidad y distancia corta con los de larga distancia y alta velocidad para ofrecer más opciones, como Bluetooth+ LTE-M.
Valor analítico
Las empresas requieren una predicción más precisa a través de herramientas de análisis avanzadas, lo que lleva a los datos a cumplir más requisitos que nunca. La integridad de la señal no debe estar en duda. Los datos heterogéneos pueden incluir señales analógicas, transmisiones de video, etc., que deben unificarse. Los datos de múltiples protocolos deben transformarse en protocolos estándar como MQTT y OPC UA. Por ejemplo, la implementación del protocolo ICP/CFX ayuda con un formato de datos uniforme.
El siguiente requisito es brindar la oportunidad de conectar dispositivos de borde para analizar y preprocesar datos valiosos antes de enviarlos a la nube. El valor también revela la reducción del costo del uso de la conectividad al filtrar la cantidad de datos sin procesar, así como la reducción de la latencia a través de la delegación de algunas credenciales básicas para la toma de decisiones a los dispositivos de borde.
Además, cada vez más aplicaciones de IoT implementan redes neuronales para el análisis de datos. Esta es una forma común de inspección visual de IoT a través de una precisión increíble y un rápido retorno de la inversión. El inconveniente es que una red neuronal consume muchos recursos. la tecnología que ralentiza el rendimiento cuando el sistema está sobrecargado. Pueden surgir problemas con la acción del usuario o con la calidad de los análisis. A pesar de la tendencia general de bajo consumo de energía, la analítica avanzada requiere una CPU potente o la implementación de un ASIC o SoC especializado para computación de IA con bajo consumo de energía.
Optimización del consumo de energía
Cuando se trata de aplicaciones empresariales de IoT, todos los métodos para disminuir el consumo de energía dentro de PCB funcionan aquí, ya que las herramientas analíticas y de procesamiento de IoT consumen una energía increíble. Por ejemplo, el modo de suspensión para los no utilizados módulo disminuye el consumo de energía dentro de una aplicación particular, mientras que la utilización de reguladores de conmutación ayuda a prolongar la vida útil de la batería. A la hora de elegir entre interfaces estándar y de bajo consumo, sin duda, opta por esta última. Bluetooth Low Energy (BLE) y Zigbee podrían ayudar aquí.
Para equilibrar el consumo de energía, sería eficaz proporcionar una fuente de energía alternativa permanente. La energía se puede recolectar adicionalmente a través de métodos termoeléctricos, electromagnéticos, de radiofrecuencia, piezoeléctricos, fotovoltaicos y otros.
Accesibilidad y durabilidad
La necesidad de atender áreas de difícil acceso afirma el beneficio de múltiples protocolos inalámbricos dentro de una placa. Para este propósito, las empresas pueden optar por redes de malla BLE que también superan obstáculos como paredes y túneles. Puede conectar más dispositivos que otras redes de malla, pero aumentar el volumen de datos transmitidos puede causar demoras. Por lo tanto, cada protocolo tiene sus ventajas y restricciones, pero al brindar más opciones, brinda más soluciones potenciales para la empresa.
El otro punto asociado con el entorno de uso es que los dispositivos IoT a menudo requieren la recopilación de datos de objetos en movimiento o que vibran, lo que induce una protección avanzada para dichos sistemas. Esto es especialmente cierto para las industrias de logística y automoción. Además de la recomendación estándar de cómo proteger el tablero, vale la pena utilizar marcos antivibratorios. Aunque aumenta el costo de las soluciones finales, aumenta las posibilidades de que los datos se recopilen por completo incluso después de un accidente.
¿Dónde puede el diseño de PCB EIoT aprovechar la experiencia del IoT del consumidor?
Enterprise IoT no es solo sistemas analíticos o equipos de fabricación avanzados, sino también dispositivos portátiles y habilitados para HMI cuando se trata de la interacción con las personas. La rica experiencia del consumidor electrónica La industria puede y debe aplicarse al desarrollo de ecosistemas de IoT en empresas que interactúan con personas, como aplicaciones de atención médica o seguridad de los trabajadores.
El factor principal para los dispositivos de IoT de consumo es la facilidad de su uso, que afecta primero al diseño de PCB. Significa que se deben cumplir los siguientes requisitos para el diseño de PCB:
- Compacidad. Por ahora, para proporcionar el tamaño pequeño del dispositivo, los desarrolladores pueden recurrir a PCB flexibles y de interconexión de alta densidad que también les permiten adaptarse a la forma y la forma del futuro dispositivo.
- Silencioso. Primero se requiere para una comunicación fluida entre dispositivos. Cualquier ruido eléctrico o de reflexión debe eliminarse dentro de la PCB, lo que puede requerir el uso de filtros de ruido y resistencias de amortiguación.
- Durabilidad. Para garantizar que el dispositivo sea duradero, es necesario simular las condiciones de uso e implementar esquemas de compensación adecuados.
En contraste con el consumidor, que implica conectar el dispositivo portátil principalmente al teléfono, podría ser necesario que los dispositivos portátiles EIoT transmitan información a otros dispositivos, al control panel y a la nube para su posterior análisis. Además, se diseñan equipos más complejos para recopilar datos heterogéneos sobre la salud humana. Por lo tanto, esto refuerza el tema de la multifuncionalidad para el dispositivo pequeño.
Recomendaciones
- Al diseñar PCB para EIoT, tenga en cuenta los beneficios de alto nivel y las tendencias de la industria, como los requisitos mejorados para la calidad de los análisis, la flexibilidad de producción y el IoT multipropósito.
- La tarea principal del diseñador de PCB de aplicaciones empresariales de IoT es lograr un equilibrio entre la multifuncionalidad y el bajo consumo de energía.
- Considere las innovaciones tecnológicas para obtener más capacidades informáticas de las aplicaciones de IA.
- Utilice la experiencia de la IoT del consumidor para aumentar la usabilidad de las aplicaciones orientadas a las personas, como las soluciones de IoT para la salud o la seguridad de los trabajadores.